馬鋼鏈窯“低溫大風”操作實踐

段再基，黃世來，宋云鋒，張瑞先

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠球團分廠，安徽馬鞍山 243000）

馬鋼鏈窯“低溫大風”操作實踐

段再基，黃世來，宋云鋒，張瑞先

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠球團分廠，安徽馬鞍山 243000）

根據球團礦氧化焙燒理論和生產實踐，馬鋼鏈篦機-回轉窯生產線實施了“低溫大風”操作，核心思想是在保證成品球質量穩定和回轉窯窯內氣氛良好的前提下降低煤氣消耗。將窯頭溫度從1 100℃下調到1 050℃左右、生球水分從10.0%降到8.8%左右、增加產能提高熱能利用率、變頻擺動皮帶均勻料層厚度、優化鏈篦機風箱溫度梯度、提高原料系統和通過大數據開發回轉窯焙燒自動化操作程序等，鏈篦機-回轉窯生產線煤氣單耗從0.799GJ/t降到0.550GJ/t，達到國內外先進水平，同時球團礦質量得到提高，FeO含量超1.0%的比例從34.94%降到0。

球團；煤氣消耗；溫度穩定性

在攻關活動前，馬鋼鏈篦機-回轉窯生產線的煤氣消耗較高，2015年下半年平均煤氣消耗達到0.690GJ/t，特別是2016年1月煤氣消耗達到0.799GJ/t的最高點，與國內的先進指標0.500GJ/t有較大的差距，降低鏈窯煤氣消耗的攻關迫在眉睫。

1 下調焙燒溫度

馬鋼鏈篦機-回轉窯生產線所用的含鐵原料都屬于磁鐵精礦粉，在焙燒的過程中，最重要的一個反應是Fe3O4氧化成Fe2O3，Fe2O3再結晶固結[1]，使得球團礦具有較高強度。溫度對球團礦Fe3O4氧化成Fe2O3的過程有重要影響，隨著溫度的升高，Fe3O4的氧化速度加快，球團礦表面新生成的Fe2O3再結晶及聚晶長大，體積逐漸收縮，表面孔隙率逐漸減少，但溫度過高，球團礦表面形成致密的Fe2O3外殼，外殼收縮，孔隙率過少，阻礙了氧離子向球團內部擴散，抑制了球團礦內部進一步氧化[2]，球團礦易形成“夾心”結構，降低了球團礦質量。所以磁鐵精礦的球團焙燒并不是溫度越高越好，而是有一個適宜的溫度區間。

對2015年9月至2016年2月的生產數據進行分析，發現回轉窯窯頭月平均溫度與球團礦FeO月平均含量具有較強的線性關系（窯中溫度失靈），窯頭溫度與成品球FeO線性回歸方程式如下：

式中，Y為成品球FeO月平均值，%；T為回轉窯窯頭的月平均溫度，℃。

根據生產經驗，要穩定球團礦FeO含量，（平均值需要小于0.6%），代入回歸方程得到，窯頭溫度不要高于1 053℃，而目前回轉窯的平均溫度在1 090～1 100℃，高出適宜的窯頭溫度將近40℃，所以根據球團礦抗壓強度和回轉窯氣氛，下調焙燒溫度，把窯頭溫度從1 100℃降到1 050℃左右，回轉窯焦爐煤氣流量從8 900m3/h降到8 300m3/h，下降幅度為600m3/h。

2 控制生球水分

根據球團礦在鏈篦機-回轉窯焙燒過程中的熱平衡計算，熱支出中生球水分蒸發帶走熱量比例24.43%左右，因此降低生球水分，減少熱支出，可以有效降低回轉窯煤氣消耗。生球干燥過程中，主要指脫除自由水，生球水分越高，蒸發需要的熱量越高，水分蒸發需要的熱量公式如下：

式中，Q為水蒸發需要的熱量，kJ；C為蒸汽比熱容，kJ/（kg·K）；M為水的質量，kg；Δt為水蒸發前后的溫度變化，℃。

攻關前，我廠的生球水分為10.0%，攻關后生球水分降到8.4%，以320t/h的上料量為例，計算得到攻關后生球蒸發帶走的熱量比攻關前降低3.0GJ，相當于約210m3的焦爐煤氣的發熱量。通過降低生球水分，回轉窯焦爐煤氣流量8 300m3/h下降到約8 000m3/h。

另外為了降低生球水分，通過增加原料綜合倉存儲量、精礦粉室內打堆、行車抓干料等措施不但降低造球來料水分，烘干筒的進料水分從10.5%降到8.8%，使烘干筒的高爐煤氣流量從12 000m3/h下降到9 000m3/h，進一步降低了工序的煤氣消耗。

3 提高熱能的利用率

磁鐵礦氧化是強氧化過程，氧化過程中放出大量的熱能，化學反應式如下：

資料表明，1kg的FeO完全氧化成Fe2O3放出1 952kJ的熱量。生產球團礦的過程中，磁鐵礦放熱量占到系統需要總熱量的50%，所以增加球量，增加磁鐵礦的自身氧化放熱量。根據生產實踐，球量增加，環冷機各段溫度上升，為了冷卻球團礦，環冷機各段冷卻風門增加，即風量增加。以環冷機余熱利用為例，其中環冷機I段回熱風總共進行被余熱利用三次，首先是環冷機I段回熱風返回到回轉窯進行焙燒球團礦，第二次余熱利用是從回轉窯窯尾到鏈篦機預熱II段進行預熱球團礦，第三次是鏈篦機II段到抽干段進行干燥球團礦，由此來看，增加球量，不但提高了自身磁鐵礦氧化放熱量，而且增加了余熱利用的效率。另外根據鏈篦機-回轉窯熱平衡，系統的熱損失包括機體散熱、管道損失、水冷帶走熱量、放空氣體帶走熱量、鏈篦機篦板帶走熱、干返料帶走熱等，無論球量多少，系統的熱損失幾乎是定值，所以球量越高，噸球的熱損失越低，煤氣單耗越低。通過把上料量從300t/h提高到320t/h，余熱利用率上升，系統熱損失下降，雖熱回轉窯煤氣流量沒有變化，但球量增加，使得噸球煤氣單耗下降。

4 均勻鏈篦機布料

我廠鏈篦機布料模式為擺動皮帶+寬皮帶+大輥篩，攻關前鏈篦機篦床東西兩側布料經常不均，兩側料層厚度相差20～40mm，料層厚度對料層的透氣性有極大影響，布料不均導致兩側氣流不均，即透氣性不均。應用最廣的料層透氣性公式為沃伊斯等在大規模實驗基礎之上確定的Voice公式。

式中，P為透氣性指數，m/m·min；Q為通風風量，m/min；A為料面面積，m2；Δp為壓力損失，mmH2O；n為實驗測定系數，一般計算取值0.6左右，與物料粒度以及焙燒過程有關。

根據上述公式推測，在P、Δp一定的情況下，料層厚度越高，Q/A越低，即料層越厚，單位面積通風風量越低，理論上料層越厚的地方，需要的風量越多，才能完全干燥預熱，這就造成鏈篦機兩側球團礦的干燥預熱嚴重不均，從操作參數來看，東回熱風機入口溫度只有390℃，但西回熱風機入口溫度達到430℃，兩個回熱風機的入口溫度差達到40℃。為了保證成品球團礦FeO和入窯球團的強度，需要消耗更多的煤氣來焙燒球團礦。通過變頻擺動皮帶的措施，均勻鏈篦機料層的厚度，達到調節鏈篦機東西兩側料厚的目的，實現鏈篦機均勻布料。采取變頻擺動皮帶后，均勻兩側料厚，東西回熱風機入口溫差從40℃下降到10℃左右，回轉窯焦爐煤氣流量從8 000m3/h下降到7 600m3/h。

5 優化風箱溫度梯度

在以往的生產過程中，強調鏈篦機煙罩溫度的重要性，忽視了鏈篦機風箱溫度。鏈篦機篦床下面由2排38 個風箱組成，鏈篦機煙罩中的熱氣與篦床上的球團礦進行熱傳遞后，熱氣進入到風箱里，在此過程中，球團礦溫度上升，熱氣溫度下降，所以風箱溫度對球團礦干燥預熱的實際情況更具代表性。因此，根據生球的干燥機理以及球團礦的預熱氧化規律，恢復了鏈篦機風箱蝶閥的調節功能，優化鏈篦機風箱溫度梯度，優化后鼓干風箱溫度上升，加快生球的干燥速度，降低預熱I段球團的升溫速度，防止球團急劇升溫，減少生球干燥過程中的爆裂現象，減少粉末入窯，防止回轉窯結圈，而且為進一步降低氧化焙燒溫度創造了條件，攻關前預熱II段風箱的最高溫度為558℃，優化風箱溫度梯度后，預熱II段最高風箱溫度降到510℃，下降幅度為48℃，回轉窯焦爐煤氣流量從7 600m3/h下降到7 200m3/h。

6 提高系統的穩定性

以造球穩定為核心和以焙燒操作穩定為基礎來提高系統的穩定性，防止生產大幅度波動帶來回轉窯結圈、關鍵設備故障率高等問題的出現，系統穩定是降低煤氣消耗的前提，提高系統穩定性措施如下：

6.1 提高原料系統的穩定性

原料系統的穩定是造球崗位穩定的前提，進一步明確原料系統的工藝紀律，提高原料系統的穩定性。通過及時檢測烘干筒進出物料的水分，把烘干筒出料水分穩定在7.0%到7.2%；通過加強對磨機電流的監控，要求磨機磨料量穩定在170t/h到180t/h；明確造球穩定的三個指標，一是生球流量波動幅度15t/h以內，二是生球落下強度在5到6次/0.5m，三是造球濕返率要求在19.5%到21.5%。

6.2 通過大數據開發回轉窯焙燒自動化操作

攻關前，中控工對煤氣的調節、風機轉速的調節、風門開度的調節等隨意性較大，往往是根據個人的對系統的理解進行調節，人為因素造成系統的焙燒參數大幅度波動的情況頻繁發生，通過鏈窯近3a來的大量的生產實踐數據，開發回轉窯焙燒自動化操作程序，達到穩定焙燒參數的目的，回轉窯煤氣的每次調整幅度少于300m3/h，同向調整的間隔時間大于1h；以回轉窯窯尾溫度作為調節回轉窯煤氣的第一參照溫度，要求窯尾溫度波動幅度為20℃；要求環冷機機速調整幅度少于0.05m/min；在生球量穩定情況下，不輕易調整主抽風機轉速、東西回熱風機轉速。

通過明確原料系統的工藝紀律和回轉窯焙燒自動化操作，提高了原料系統和焙燒參數的穩定性，系統穩定性大大提高，原來回轉窯煤氣的波動幅度達到1 000m3/h以上，攻關后，回轉窯煤氣的波動幅度下降到200～500m3/h。由于系統穩定性得到提高，成品質量和回轉窯氣氛得到了保證，回轉窯的焦爐煤氣流量進一步從7 200m3/h下降到6 700m3/h。

7 結束語

馬鋼三鐵鏈窯實施“低溫大風”操作以來，采取了下調焙燒溫度、降低生球水分、提高熱能的利用率、均勻鏈篦機布料、優化風箱溫度梯度、提高系統的穩定性等主要措施，把工序的煤氣消耗從0.799GJ/t降到0.550GJ/t，進入到行業內的先進水平，每個月的直接效益達到100萬元以上；另外低煤氣消耗延長了高溫設備的使用壽命，減少了大型設備故障率，大幅度降低了焙燒設備的維修費用。

[1] 傅菊英，姜濤，朱德慶.燒結球團學[M].長沙：中南工業大學出版社，1996.

[2] 姜昌偉，傅菊英，李思導，等.凹山磁鐵精礦球團焙燒特性研究[J].中南工業大學學報，1998，（5）：435-437.

[3] 馮俊小，孫志武，張宇，等.鏈篦機-回轉窯系統的熱診斷與節能分析[J].燒結球團，2007，（6）：29-34.

[4] 周威，王林.鏈篦機布料不均原因及改進[J].鞍鋼技術，2010，（5）：40-42.

Operation Practice of “Low Temperature and Strong Wind” in Rotary Kiln

Duan Zai-ji，Huang Shi-lai，Song Yun-feng，Zhang Rui-xian

According to the theory and production practice of pelletized oxidation roasting，Maanshan Iron and Steel chain graterotary kiln production line has implemented the operation of “low temperature and wind”.The core idea is to reduce the gas consumption under the premise of ensuring the quality of finished ball and the good atmosphere of rotary kiln，The kiln temperature from 1100 ℃down to about 1050 ℃，the ball water from 10.0% to 8.8% or so，increase production capacity to improve heat utilization，frequency swing belt uniform material layer thickness，optimize the chain grate bellows temperature gradient，Raw material system and through the development of large data rotary kiln roasting automation procedures，chain grate-rotary kiln production line gas consumption from 0.799GJ/t down to 0.550GJ/t，to the domestic and international advanced level，while the pellet quality has been improved，The ratio of FeO content exceeding 1.0% decreased from 34.94% to zero.

pellet；gas consumption；temperature stability

TF521.1；TF046.6

B

1003-6490（2017）12-0157-02

2017-10-19

段再基（1984—），男，安徽馬鞍山人，工程師，主要從事球團工藝技術管理工作。